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CNC加工材料热处理及主轴结构设计—依速力

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2015-11-04 21:00【

3.2CNC加工中心主轴材料的选择及热处理

主轴材料的选择主要根据刚度、 载荷情况、 耐磨性、 热处理变形大小等因素确定。 CNC加工中心主轴的刚度大小与材料的弹性模量 E有关,钢的 E 值较大(E=2.1 107N/cm2左右),所以主轴材料首先考虑钢材。 而且钢的弹性模量E的数值与钢的种类和热处理方式无关。因此在选择钢材时应首先选用价格便宜的中碳钢(如45钢) 。只有在高载荷和大冲击或者减少材料变形以及需要高强度耐磨性时,才考虑选择合金钢。

当CNC加工中心主轴轴承采用滚动轴承时,轴颈可以不淬硬,但为了提高接触刚度,防止敲碰损伤轴颈的配合表面,不少 45 钢主轴轴颈仍进行高频淬火(48HRC 54HRC ) 。当采用滑动轴承时,为减少磨损,轴颈表面必须有很高的硬度。因此通常在轴颈处进行高频淬火;对大直径主轴( 350 400mm)也可用火焰淬火来提高其表面硬度;对手较大冲击的主轴,可用 15 或 20 钢,并在轴颈表面渗碳、淬火及回火。主轴材料常采用的有 45 钢、GCr15等,需经渗氮和感应加热淬火。

3.3CNC加工中心主轴结构设计

3.3.1初选主轴直径

(1)主轴直径。主轴直径越大,其刚度越高,但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大,同等级精度轴承的公差值也越大,要保证主轴的旋转精度就越困难。[2]

(2)主轴内孔直径。主轴的内孔直径用于通过刀具夹紧装置固定刀具、 传动气动或液压卡盘等。主轴孔径越大,主轴部件的相对重量也越轻。主轴的孔径大小主要受主轴刚度的制约。[2]

3.3.2 CNC加工中心主轴悬伸量 a的确定

主轴悬伸量 a 是指主轴前支承径向支反力的作用点到主轴前端面之间的距离,见图3。 它对主轴组件刚度影响较大。 根据分析和实验,缩短悬伸量可以显着提高主轴组件的刚度和抗振性。因此,设计时在满足结构要求的前提下,尽量缩短悬伸量a。

3.3.3 主轴最佳跨距L的选择

主轴的支承跨距L。主轴前支承点至主轴后支承点之间的距离称为跨距L, 见图3。主轴组件的支承跨距对主轴本身刚度和对支承刚度有着很大的影响。

CNC加工中心主轴跨距图

浅谈CNC加工中心机械主轴的构造设计及其进步

跨距L对综合刚度 K的影响不是单向的。如L较大,则主轴变形较大;如 L较小,则轴承的变形对主轴前端的位移影响较大。所以, L有一个最佳值, L太大或太小,都会降低综合刚度。主轴的支承跨距存在着最佳跨距 L0, 可使主轴组件前端位移最小。主轴组件由于受结构限制以及保证主轴组件的重心落在两支承之间,实际的支承可大于最佳的支承跨距。

为了确定最佳跨距L0 和前悬伸a之比L0/a,可先求出

算式

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